Developing a new approach for reconstruction of the past atmospheric oxidative capacity: oxygen isotopic composition of H2O2

• Project/Area Number: 20K19961
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 63010:Environmental dynamic analysis-related
• Research Institution: Kanazawa University (2021-2022); National Institute of Polar Research (2020)
• Principal Investigator: Ishino Sakiko 金沢大学, 環日本海域環境研究センター, 助教 (70867431)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2020: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: 三酸素同位体組成（Δ17O） / 大気酸化力 / 過酸化水素 / アイスコア / 三酸素同位体組成

Outline of Research at the Start

大気酸化力（= オゾン, OHラジカル等の大気酸化剤の存在量）は、あらゆる大気微量成分の生成と消滅に関与するため、大気環境の管理において重要な情報である。しかし大気酸化剤は反応性が高く、過去の大気環境の復元に使われるアイスコアに保存されにくいため、産業革命以降から現在までの人為排出の変化に応じた変遷が未解明である。本研究では、大気酸化力の復元を見据え、過酸化水素の三酸素同位体組成（Δ17O(H2O2)値）という新たなアプローチの確立を目的とする。このために、降水・積雪試料の分析結果により制約した数値モデルを用い、Δ17O(H2O2)値と大気酸化力の関係を解明する。

Outline of Final Research Achievements

We aimed at establishing an analytical method for the triple oxygen isotopic composition of hydrogen peroxide (Δ17O(H2O2)), as a new paleoenvironmental proxy that could reconstruct the past atmospheric oxidizing capacity. We completed to construct the beta version of the Δ17O(H2O2) measurement system, composed of a continuous-flow sample injection line through a reactor chamber to an O2 gas pre-concentration trap and a stable isotope ratio mass spectrometer (IRMS). We have also developed an in-house H2O2 concentration measurement system for precipitation, snow, and ice samples, then applied it to the H2O2 concentration measurement of the ice core drilled at southeast dome, Greenland. Based on the seasonal variation of H2O2 concentration, which is high in summer and low in winter, the ice core was dated to be the 221 years record from 1799 to 2020.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

オゾン（O3）やOHラジカル、過酸化水素（H2O2）等の大気酸化剤の存在量によって規定される「大気酸化力」は、過去から未来にかけて大気環境変動の原因と対策を講じる上で非常に重要な情報である。しかしながら、産業革命以降から現在までの大気酸化力の変化は、数値モデルを用いて推定されているのみであり、アイスコア等の古環境記録から復元できるプロキシが求められている。本研究で開発したΔ17O(H2O2)値分析装置を用い、今後、指標情報を精査した上で、過去の大気酸化力の復元という社会的意義の高い課題解決を目指す。

Research Products

• [Presentation] Accumulation rate at a semiannual accuracy and melting history of an ice core from southeastern Greenland (SE-Dome II) dating back to preindustrial (2023)
  • Author(s): Kawakami, K., Y. Iizuka, M. Sasage, M. Matsumoto, T. Saito, A. Hori, S. Ishino, S. Fujita, K. Fujita, K. Takasugi, T. Hatakeyama, S. Hamamoto, A. Watari, N. Esashi, M. Otsuka, R. Uemura, K. Horiuchi, M. Minowa, S. Hattori, T. Aoki, M. Hirabayashi, K. Kawamura, S. Matoba
  • Organizer: International Symposium on Arctic Research (ISAR)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Long-term variations of hydrogen peroxide in Greenland ice cores over the past 200 years (2023)
  • Author(s): Tsuboi, S., S. Ishino, K. Kawakami, S. Hattori, T. Sagawa, S. Matoba, Y. Iizuka
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2023年大会
• [Presentation] A 220-year record of accumulation rate and melting history of the SE-Dome II ice core from southeastern Greenland (2023)
  • Author(s): Kawakami, K., Y. Iizuka1, M. Sasage, M. Matsumoto, T. Saito, A. Hori, S. Ishino, S. Fujita, K. Fujita, K. Takasugi, T. Hatakeyama, S. Hamamoto, A. Watari, N. Esashi, M. Otsuka, R. Uemura, K. Horiuchi, M. Minowa, S. Hattori, T. Aoki, M. Hirabayashi, K. Kawamura, S. Matoba
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2023年大会
• [Presentation] Dating of the ice core from south-east dome, Greenland (2022)
  • Author(s): Sasage, M., Y. Iizuka, S. Ishino, S. Fujita, K. Kawakami, A. Hori, T. Saito, M. Matsumoto, K. Takasugi, S. Matoba, S. Hattori, R. Uemura, and K. Horiuchi
  • Organizer: International Partnerships in Ice Core Sciences 3rd Open Science Conference (IPICS)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Stratigraphic observations of SE-Dome II ice core from southeastern Greenland drilled in 2021 (2022)
  • Author(s): Kawakami, K., Y. Iizuka, A. Hori, S. Ishino, M. Sasage, M. Matsumoto, K. Takasugi, T. Saito, S. Matoba, S. Hattori
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [Presentation] グリーンランド南東ドームアイスコアの電気伝導度測定 (2022)
  • Author(s): 捧真優、飯塚芳徳、藤田秀二、川上薫、斎藤健、松本真依、高杉啓太、的場澄人、堀彰、石野咲子、服部祥平
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [Presentation] グリーンランド南東ドームアイスコアの年代決定に向けた過酸化水素分析手法の確立 (2021)
  • Author(s): 石野咲子、川上薫、飯塚芳徳、的場澄人、服部祥平
  • Organizer: 日本地球化学会第68回年会